خلاصه خبر:
محققان یک ماژول آشکارساز تک فوتون فشرده و کارآمد ایجاد کرده اند که سیستم الکترونیکی درایو و خوانش را ادغام کرده و یک مدار تداخل با باند فوق العاده باریک جدید با فیلتر موج آکوستیک سطحی را در خود جای داده است. این ماژول به بازده تشخیص خالص 30 درصد با احتمال پس پالس پایین دست می یابد و به طور قابل‌توجهی از ماژول‌های آشکارساز موجود کوچک‌تر است، بدون اینکه عملکرد آن به خطر بیفتد. این تحقیق بر فرآیندهای ترکیب چهار موجی خود به خودی (SFWM) برای تولید نور کوانتومی تمرکز می کند و ساختارها و مواد مختلف مورد استفاده در منابع نور کوانتومی SFWM روی تراشه را بررسی می‌کند. این پیشرفت نشان‌دهنده گامی مهم به سوی تشخیص فشرده و کارآمد تک فوتون است که راه را برای پیشرفت‌ها در فناوری‌های کوانتومی مانند تصویربرداری تک فوتون و توزیع کلید کوانتومی هموار می‌کند.
توضیحات تکمیلی:
محققان یک ماژول آشکارساز تک فوتونی (SPD) فشرده و کارآمد را توسعه داده‌اند که الکترونیک درایو و خوانش را یکپارچه می‌کند و امکان پیشرفت در کاربردهای فوتونیک کوانتومی را فراهم می‌کند. این ماژول دارای یک مدار خوانش جدید به نام مدار تداخل باند فوق العاده باریک (UNIC) است که از یک فیلتر موج آکوستیک سطحی (SAW) در یک تداخل سنج فرکانس رادیویی نامتقارن ماخ زندر استفاده می کند.
ماژول UNIC-SPD یک باند عبور گسترده و پیوسته را در حوزه فرکانس ارائه می دهد که اعوجاج در سیگنال بهمن را به حداقل می رساند. راندمان تشخیص خالص 30٪ با احتمال پس پالس پایین 2.4٪ در مدت زمان توقف 3 ns به دست می‌آید. اندازه این ماژول فشرده فقط 8.8×6×2 سانتی‌متر مکعب است، تقریباً چهار برابر کوچک‌تر از ماژول‌های آشکارساز موجود با مدارهای خوانش یکپارچه، در حالی که عملکرد بالا را حفظ می‌کند.
به طور گسترده تر، این بررسی پیشرفت های حاصل شده در فوتونیک کوانتومی یکپارچه روی تراشه، به ویژه در تولید، دستکاری، و تشخیص حالت های کوانتومی نور را مورد بحث قرار می دهد. محققان مکانیسم‌ها را بررسی کرده و ساختارها و مواد مختلف روی تراشه مورد استفاده برای فرآیندهای ترکیب چهار موجی خود به خودی (SFWM) را ارائه می‌کنند که نور کوانتومی تولید می‌کنند.
آنها همچنین کاربردهای منابع نور کوانتومی SFWM روی تراشه را برجسته می کنند، از جمله منابع تک فوتونی، منابع فوتون درهم تنیده و یکپارچه سازی در سطح سیستم. این بررسی بر پیشرفت‌ها در مدارهای فوتونیک کوانتومی در مقیاس بزرگ و کم‌هزینه از طریق یکپارچه‌سازی روی تراشه تأکید می‌کند و راه را برای پیشرفت‌های بیشتر در فناوری‌های کوانتومی هموار می‌کند.
به طور کلی، توسعه ماژول UNIC-SPD و پیشرفت در فوتونیک کوانتومی یکپارچه روی تراشه، گام‌های قابل توجهی را در این زمینه به نمایش می‌گذارد و امکان تشخیص فشرده و کارآمد تک فوتون و باز کردن درها را برای طیف وسیعی از کاربردهای کوانتومی مانند تصویربرداری تک فوتون و توزیع کلید کوانتومی با سرعت بالا باز می‌کند.
منبع
Haoyang Wang et al, Progress on Chip-Based Spontaneous Four-Wave Mixing Quantum Light Sources, Advanced Devices & Instrumentation (2023). DOI: 10.34133/adi.0032
